致密储层微观非均质性影响着宏观油气“甜点”的非均质性。为全面描述致密储层的微观非均质性,本文以南襄盆地泌阳凹陷核桃园组核三段致密储层为例,通过X射线衍射、孔渗分析、高压压汞、扫描电镜、聚焦离子束扫描电镜,微米CT等多种实验方法,对工区的致密储层微观结构特征进行了定性及定量表征并以变异系数C.V=0.1建立微观非均质性评价标准,借用这一标准,结合成储上下限评价标准对研究区域的优质储层进行了评价。研究结果表明:研究区致密砂岩岩性以岩屑质长石砂岩与长石质岩屑砂岩为主,矿物组分以长石为主,次为石英、方解石、白云石、粘土矿物,其平均含量分别为27.7%、53.1%、3.6%、2.4%、8.0%,储集空间类型以粒间孔及矿物晶间孔为主;泥页岩储层矿物组分以粘土矿物为主,次为碳酸盐矿物、石英和长石;其平均含量分别为23.7%、20.0%、20.6%、23.0%,储层储集空间类型以黏土矿物晶间孔与碳酸盐岩溶蚀孔为主,次为有机孔,偶见微裂缝。借助扫描电镜,高压压汞,聚焦离子束扫描电镜,微米CT等多种手段,从平面上、立体上多角度、多尺度,定性及定量表征了致密储层的物性特征及微观孔喉结构的非均质性,结果表明泥页岩,粉砂岩的孔径主要分布在100-500nm之间,致密砂岩孔径分布的主峰>10μm,但孔隙数目的主要分布均<50nm,同时依据区域致密砂岩储层压汞曲线图的分形特征,将该区域的致密砂岩储层分为四类并建立了储层分级评价标准,Ⅰ类储层以大孔为主,主体孔喉半径分布区间为1-10μm,孔隙度为13.1%,渗透率91.72×10^-3um²。Ⅱ类储层发育大孔和中孔,主体孔喉半径分布区间为0.3-1μm,孔隙度分布于4.8-8.8%,渗透率分布于0.332×10^-3um²-1.378×10^-3um²。Ⅲ类储层中孔为主,发育小孔,主体孔喉半径分布区间为0.05-0.30μm,孔隙度分布于1.2-5.5%,渗透率分布于0.013×10^-3um²-0.273×10^-3um²。Ⅳ类储层以小孔为主,占70%以上,主体孔喉半径分布区间小于0.05μm,孔隙度分布于0.3%-4.7%,渗透率分布于0.006×10^-3um²-2.981×10^-3um²;通过矿物孔隙的形态学差异,建立孔隙形态学图版及评价标准,并评价了泥页岩中不同矿物中的孔隙形态,结果表明:有机孔>粒间孔>粘土矿物。基于扫描电镜大视域矿物分布图,结合代表视域边长及变异系数C.V,以变异系数C.V=0.1建立了非均质性评价划分标准。同时,结合非均质性研究了储层的成储上下限,结果表明:随着深度的增加,储层的物性下限逐渐减低。从2100m到3450m,采用不同的方法计算的储层孔隙度下限从7.00%下降到2.02%;渗透率下限从3000m到3450m,渗透率下限从0.048×10-3μm2变为0.017×10-3μm2;对应孔隙度上限为9.98%,渗透率上限为3.75×10-3μm2。将非均质性评价标准及物性上下限应用到储层物性的评价中运用孔隙度/变异系数（φ/CV）这一参数对研究区内的优质致密储层进行了定量研究,结果表明:研究区优质致密储层主要分布在核三段Ⅴ油组。